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摘要：本文论述了钢结构工业厂房在施工和设计过程中应注意的问题，并要求及时的避免，以便充分的发挥钢结构强度高、质量轻、塑性韧性好和施工速度快等优点。
关键字：钢结构；工业厂房；工艺要求；设计施工
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
正文：
钢结构工业厂房的特点
随着国家经济的迅猛发展，钢产量的大幅度增加，钢结构也相应的扩展到了许多的应用领域，例如大跨度結构，高耸结构，重型、超高层结构等，在这些建筑中钢结构被大量的使用，这也是近些年来的方向和趋势，钢结构建筑是继钢筋混凝土结构建筑之后的最具革命性的建筑形式。特别的，钢结构建筑发挥了其抗震性能好、施工速度快、承载力高，结构占有空间面积小等特点，这些优点在钢结构工业厂房中体现的是淋漓尽致。
钢结构工业厂房的主要优点在于：首先,钢结构工业厂房在自重方面:可减轻建筑物结构质量约30%,特别在地基承载力低和地震设防烈度较高的地方,其综合经济优于钢筋混凝土结构体系；其次,在施工速度方面:钢结构构件可以工厂化批量生产,施工简单,安装快捷,大大缩短施工周期；最后,从环保方面考虑:钢结构体系属于环保型绿色建筑体系,钢材本身是一种高强度高效能的材料,具有很高的再循环价值,并且不需要制模施工。
钢结构厂房的主要构成部分
钢结构屋盖系统
首先，钢结构屋盖的主要承重构件是由细长、壁薄的杆件组成，截面形状比较复杂，并且节点应力集中又有偏心；其次，在设计钢结构屋盖系统时，所建立模型的计算简图、计算荷载较正确,且接近计算极限状态,结构构件的承载力安全储备最小，对温度、腐蚀和超载作用十分的敏感，极其容易因为偶然因素而失效,再加上制造、安装和使用过程中出现的各种影响，钢结构屋盖成为钢结构厂房破坏中最严重的部分。钢屋盖发生破坏包括桁架杆件断裂(包括与节点板连接断开)、屋盖倒塌、杆件弯曲、屋盖挠曲超标准、节点板弯曲或开裂、屋盖支撑屈曲等类型。
2、吊车梁系统
吊车梁系统是钢结构工业厂房的重要组成部分之一,它包括吊车梁、吊车轨道、连接以及制动结构。吊车梁的受力比较复杂,且吊车的侧向力和垂直力具有动力特征、疲劳和冲击作用,比起钢结构屋盖系统，吊车梁的计算简图、计算方法与实际情况差异更大、不定性更多,结构的可靠性和耐久性最低。
3、钢结构柱系统
按照最不利荷载组合设计的柱子,由于不利荷载同时出现的概率比较低,实际应力在正常工作条件下应该低于设计应力很多,故柱子的安全储备相当大,出现破坏的可能性很小,发生柱整体承载能力不足的而导致破坏的情况就很少。工业厂房的柱子常发生的破坏有柱肢体有切口、柱肢变形、格构式柱子腹杆弯曲和扭曲变形、柱头与吊车梁支撑牛腿处焊缝开裂、柱子垂直倾斜,围护结构连接节点损坏,吊车轨道偏位,这些破坏形式将会对结构生产影响。
4、地基基础
地基的强度问题主要包括:地基承载力不足或地基丧失稳定性，斜坡丧失稳定性。地基变形问题主要是指软土、湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土等地区不均匀沉降和过大的变形。地基的破坏通常有三种形式: 冲切剪切破坏、整体剪切破坏和局部剪切破坏。
钢结构工业厂房设计中需要注意的相关问题
1、立面设计
轻钢结构建筑的表现主要有线条、规模、变化和色彩四个方面的特征。在轻钢结构建筑的表现中，彩色压型钢板使得建筑丰富多彩,并且会给人一种明显区别于传统钢筋混凝土建筑的感觉，使人耳目一新。对于钢结构工业厂房的设计,厂房的体型会受到工艺等条件的约束,同时体型变化过于丰富会形成复杂的节点处理,并给结构的设计带来相应的难度，从而使得工程造价提高。因此在设计中常用的手法是采用冷色调和跳跃性色彩,重点突出外天沟、主要出口、收边泛水等,既丰富了立面又体现了现代化工业厂房的恢宏气势。
2、温度伸缩缝的设置
钢结构厂房的变形主要是由温度变化所引起的,使结构产生温度应力,其大小与吊车轨顶标高、柱子刚度和温差都有关。为避免产生过大的温度应力, 当厂房平面尺度很大时,应在厂房纵向或横向设置温度缝,将平面尺寸很大的厂房分成若干温度区段(即所谓的结构单元)。温度区段的长度可根据钢结构设计规范执行。温度伸缩缝一般采用设置双柱方法处理,也可采用设置单柱方法处理，对横向温度伸缩缝可在框架梁与檩条连接处采用椭圆孔滑动方式或槽钢夹板滑动方式，对纵向温度伸缩缝可在屋架支座处设置滚动支座。
3、保温隔热与防火设计
钢材对温度相当敏感,但温度升高与降低都使钢材性能发生变化。钢材具有非常好的导热性能,其导热系数达到50W/(m•℃),对于钢结构建筑,如果不进行保温隔热处理,势必会造成大量能源浪费和消耗,同时还要满足工艺性要求和舒适性要求。相比之下,低温性能更重要。
因此, 必须做隔热及防火设计的条件是钢结构表面温度处于150℃以上,其做法一般有两种:
(1)采用厚涂型防火涂料,厚度按《钢结构防火涂料应用技术规范》（CECS24:90）。
(2)在钢构件外包耐火砖,混凝土或硬质防火板材。
4、屋盖支撑系统及屋面设计
屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、屋盖结构形式、柱网布置、振动设备情况、吊车设置及吨位大小等条件来决定。一般情况下，无论无檩或有檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑,在无檩体系中,大型屋面板有三点和屋架焊接,可起到上弦支撑作用,但考虑到施工条件限制和安装需要,无论无檩或有檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内厂房内有较大振动设备或设有特重级桥式吊车的均应设置纵向水平支撑。
屋面设计的重点是防水。屋面防水设计涉及屋面坡度、单坡屋面长度、天沟形式等因素。根据《屋面工程技术规范》的规定,屋面坡度最小为5%。但在实际工程中,一些外资钢构公司屋面坡度经常做到3%,甚至2%。考虑到目前国内钢构厂家节点的处理、技术力量、材料性能方面参差不齐,人们将屋面坡度控制在5%。在积雪较大的地区,坡度应适当增大（如8%、10%）。单坡屋面长度,主要取决于工程所在区域的最大温差以及降雨所形成的最大水头的高度。根据收集的资料和工程设计经验,单坡屋面长度宜控制在70m以内,若超过70m,需做专题研究、特殊处理。
经过调研了解,目前市场上常用的钢结构屋面做法有两种:
1)双层彩色压型钢板内夹保温棉（单层或双层）,使用量很大,但内外的温差较大，且单坡长造成的彩钢板热胀冷缩问题很难解决。
2)复合柔性钢屋面系统,由屋面彩钢板内板、隔汽层、保温层、卷材防水层组成。由于最外层铺设柔性卷材,整个屋面为一个密闭系统,热胀冷缩问题不突出,造价较国内一般钢构厂家稍高。
钢结构厂房常见施工问题及解决方法
1、钢结构厂房施工过程中应该注意的施工问题
根据整个钢结构工程的质量要求，涂层作业气温应保持在5～38℃之间为宜,如果当天气温度低于5℃时,应选用相应的低温涂层材料进行涂层作业。如果当气温高于40℃时,应停止涂层作业。由于当构件温度超过40℃时,在钢结构表面涂刷油漆会产生气泡,大大降低了漆膜的附着力。当空气湿度大于85%,或构件表面有结露时,不宜进行钢结构涂层作业。钢构件工程制作前,应对构件隐蔽部位、结构夹层难以除锈的部位,提前除锈,提前涂刷。
2、钢结构体系存在一些不容忽视的问题。
目前在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题,目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数,未反映整体稳定与局部稳定的关联性。在网壳结构稳定性的研究中,主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响,目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于随机荷载输入、确定的结构参数这样一个格局范围,而在实际工程中,由于结构参数的不确定性,会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、跳跃型失稳、干扰型屈曲问题的研究曾对考虑随机参数的穹顶网壳的稳定问题进行过有益的研究。
结束语
本文通过对钢结构工业厂房在设计以及施工方面所能遇到的常见问题进行分析和解决，从而可以更好的通过设计和施工来避免发生较大的疏漏，可以使钢结构工业厂房的抗震性能好、施工速度快、承载力高的特点更加充分的体现。
参考文献：
[1]《屋面工程技术规范》（GB50345-2012）
[2]《钢结构防火涂料应用技术规范》（CECS24:90）
[3]吕振强.对钢结构厂房的设计施工问题探讨.城市理论研究(电子版).2011(22).
关键字：钢结构；工业厂房；工艺要求；设计施工
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
正文：
钢结构工业厂房的特点
随着国家经济的迅猛发展，钢产量的大幅度增加，钢结构也相应的扩展到了许多的应用领域，例如大跨度結构，高耸结构，重型、超高层结构等，在这些建筑中钢结构被大量的使用，这也是近些年来的方向和趋势，钢结构建筑是继钢筋混凝土结构建筑之后的最具革命性的建筑形式。特别的，钢结构建筑发挥了其抗震性能好、施工速度快、承载力高，结构占有空间面积小等特点，这些优点在钢结构工业厂房中体现的是淋漓尽致。
钢结构工业厂房的主要优点在于：首先,钢结构工业厂房在自重方面:可减轻建筑物结构质量约30%,特别在地基承载力低和地震设防烈度较高的地方,其综合经济优于钢筋混凝土结构体系；其次,在施工速度方面:钢结构构件可以工厂化批量生产,施工简单,安装快捷,大大缩短施工周期；最后,从环保方面考虑:钢结构体系属于环保型绿色建筑体系,钢材本身是一种高强度高效能的材料,具有很高的再循环价值,并且不需要制模施工。
钢结构厂房的主要构成部分
钢结构屋盖系统
首先，钢结构屋盖的主要承重构件是由细长、壁薄的杆件组成，截面形状比较复杂，并且节点应力集中又有偏心；其次，在设计钢结构屋盖系统时，所建立模型的计算简图、计算荷载较正确,且接近计算极限状态,结构构件的承载力安全储备最小，对温度、腐蚀和超载作用十分的敏感，极其容易因为偶然因素而失效,再加上制造、安装和使用过程中出现的各种影响，钢结构屋盖成为钢结构厂房破坏中最严重的部分。钢屋盖发生破坏包括桁架杆件断裂(包括与节点板连接断开)、屋盖倒塌、杆件弯曲、屋盖挠曲超标准、节点板弯曲或开裂、屋盖支撑屈曲等类型。
2、吊车梁系统
吊车梁系统是钢结构工业厂房的重要组成部分之一,它包括吊车梁、吊车轨道、连接以及制动结构。吊车梁的受力比较复杂,且吊车的侧向力和垂直力具有动力特征、疲劳和冲击作用,比起钢结构屋盖系统，吊车梁的计算简图、计算方法与实际情况差异更大、不定性更多,结构的可靠性和耐久性最低。
3、钢结构柱系统
按照最不利荷载组合设计的柱子,由于不利荷载同时出现的概率比较低,实际应力在正常工作条件下应该低于设计应力很多,故柱子的安全储备相当大,出现破坏的可能性很小,发生柱整体承载能力不足的而导致破坏的情况就很少。工业厂房的柱子常发生的破坏有柱肢体有切口、柱肢变形、格构式柱子腹杆弯曲和扭曲变形、柱头与吊车梁支撑牛腿处焊缝开裂、柱子垂直倾斜,围护结构连接节点损坏,吊车轨道偏位,这些破坏形式将会对结构生产影响。
4、地基基础
地基的强度问题主要包括:地基承载力不足或地基丧失稳定性，斜坡丧失稳定性。地基变形问题主要是指软土、湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土等地区不均匀沉降和过大的变形。地基的破坏通常有三种形式: 冲切剪切破坏、整体剪切破坏和局部剪切破坏。
钢结构工业厂房设计中需要注意的相关问题
1、立面设计
轻钢结构建筑的表现主要有线条、规模、变化和色彩四个方面的特征。在轻钢结构建筑的表现中，彩色压型钢板使得建筑丰富多彩,并且会给人一种明显区别于传统钢筋混凝土建筑的感觉，使人耳目一新。对于钢结构工业厂房的设计,厂房的体型会受到工艺等条件的约束,同时体型变化过于丰富会形成复杂的节点处理,并给结构的设计带来相应的难度，从而使得工程造价提高。因此在设计中常用的手法是采用冷色调和跳跃性色彩,重点突出外天沟、主要出口、收边泛水等,既丰富了立面又体现了现代化工业厂房的恢宏气势。
2、温度伸缩缝的设置
钢结构厂房的变形主要是由温度变化所引起的,使结构产生温度应力,其大小与吊车轨顶标高、柱子刚度和温差都有关。为避免产生过大的温度应力, 当厂房平面尺度很大时,应在厂房纵向或横向设置温度缝,将平面尺寸很大的厂房分成若干温度区段(即所谓的结构单元)。温度区段的长度可根据钢结构设计规范执行。温度伸缩缝一般采用设置双柱方法处理,也可采用设置单柱方法处理，对横向温度伸缩缝可在框架梁与檩条连接处采用椭圆孔滑动方式或槽钢夹板滑动方式，对纵向温度伸缩缝可在屋架支座处设置滚动支座。
3、保温隔热与防火设计
钢材对温度相当敏感,但温度升高与降低都使钢材性能发生变化。钢材具有非常好的导热性能,其导热系数达到50W/(m•℃),对于钢结构建筑,如果不进行保温隔热处理,势必会造成大量能源浪费和消耗,同时还要满足工艺性要求和舒适性要求。相比之下,低温性能更重要。
因此, 必须做隔热及防火设计的条件是钢结构表面温度处于150℃以上,其做法一般有两种:
(1)采用厚涂型防火涂料,厚度按《钢结构防火涂料应用技术规范》（CECS24:90）。
(2)在钢构件外包耐火砖,混凝土或硬质防火板材。
4、屋盖支撑系统及屋面设计
屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、屋盖结构形式、柱网布置、振动设备情况、吊车设置及吨位大小等条件来决定。一般情况下，无论无檩或有檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑,在无檩体系中,大型屋面板有三点和屋架焊接,可起到上弦支撑作用,但考虑到施工条件限制和安装需要,无论无檩或有檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内厂房内有较大振动设备或设有特重级桥式吊车的均应设置纵向水平支撑。
屋面设计的重点是防水。屋面防水设计涉及屋面坡度、单坡屋面长度、天沟形式等因素。根据《屋面工程技术规范》的规定,屋面坡度最小为5%。但在实际工程中,一些外资钢构公司屋面坡度经常做到3%,甚至2%。考虑到目前国内钢构厂家节点的处理、技术力量、材料性能方面参差不齐,人们将屋面坡度控制在5%。在积雪较大的地区,坡度应适当增大（如8%、10%）。单坡屋面长度,主要取决于工程所在区域的最大温差以及降雨所形成的最大水头的高度。根据收集的资料和工程设计经验,单坡屋面长度宜控制在70m以内,若超过70m,需做专题研究、特殊处理。
经过调研了解,目前市场上常用的钢结构屋面做法有两种:
1)双层彩色压型钢板内夹保温棉（单层或双层）,使用量很大,但内外的温差较大，且单坡长造成的彩钢板热胀冷缩问题很难解决。
2)复合柔性钢屋面系统,由屋面彩钢板内板、隔汽层、保温层、卷材防水层组成。由于最外层铺设柔性卷材,整个屋面为一个密闭系统,热胀冷缩问题不突出,造价较国内一般钢构厂家稍高。
钢结构厂房常见施工问题及解决方法
1、钢结构厂房施工过程中应该注意的施工问题
根据整个钢结构工程的质量要求，涂层作业气温应保持在5～38℃之间为宜,如果当天气温度低于5℃时,应选用相应的低温涂层材料进行涂层作业。如果当气温高于40℃时,应停止涂层作业。由于当构件温度超过40℃时,在钢结构表面涂刷油漆会产生气泡,大大降低了漆膜的附着力。当空气湿度大于85%,或构件表面有结露时,不宜进行钢结构涂层作业。钢构件工程制作前,应对构件隐蔽部位、结构夹层难以除锈的部位,提前除锈,提前涂刷。
2、钢结构体系存在一些不容忽视的问题。
目前在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题,目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数,未反映整体稳定与局部稳定的关联性。在网壳结构稳定性的研究中,主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响,目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于随机荷载输入、确定的结构参数这样一个格局范围,而在实际工程中,由于结构参数的不确定性,会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、跳跃型失稳、干扰型屈曲问题的研究曾对考虑随机参数的穹顶网壳的稳定问题进行过有益的研究。
结束语
本文通过对钢结构工业厂房在设计以及施工方面所能遇到的常见问题进行分析和解决，从而可以更好的通过设计和施工来避免发生较大的疏漏，可以使钢结构工业厂房的抗震性能好、施工速度快、承载力高的特点更加充分的体现。
参考文献：
[1]《屋面工程技术规范》（GB50345-2012）
[2]《钢结构防火涂料应用技术规范》（CECS24:90）
[3]吕振强.对钢结构厂房的设计施工问题探讨.城市理论研究(电子版).2011(22).